BRPI0600603B1

BRPI0600603B1 - compósitos de aluminosilicatos naturais e agregados sintetizados em meio alcalino e seu processo de fabricação

Info

Publication number: BRPI0600603B1
Application number: BRPI0600603-5A
Authority: BR
Inventors: Dafico Bernardes De Oliveira Humberto; Dafico Bernardes De Oliveira Rodolfo
Original assignee: Dafico Bernardes De Oliveira Humberto; Inclay Mineral Ltda; Dafico Bernardes De Oliveira Rodolfo
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2019-11-19
Also published as: BRPI0600603C1; BRPI0600603A; BRPI0600603C2

Abstract

compósitos de aluminosilicatos naturais e agregados sintetizados em meio alcalino e seu processo de fabricação. refere-se a presente invenção a um processo reativo direto de polimerização inorgânica utilizado na obtenção de compósitos cuja matriz polimérica dispensa a pré-ativação química ou térmica dos reagentes da mistura de aluminossilicatos naturais específicas e agregados diversos, possibilitando o uso de métodos industriais de compressão, extrusão, secagem e queima em linha de produção contínua, na fabricação de produtos alternativos às telhas e painéis cerâmicos ou de fibrocimento, madeiras,fôrmas,divisórias, perfis plásticos ou metálicos, pisos, revestimentos,forros, azulejos, ladrilhos, blocos, lajes e lajotas pré-moldadas,artefatos em gesso, tijolos e tubos cerâmicos ou de concreto e similares, através da mistura adequada,à matriz inorgânica de um ou mais agregados naturais, tais como sílica, pó calcário, cal hidratada, vermiculita combinados ou não a agregados sintéticos tais como borrachas e fibras de polipropileno, aos quais será adicionada uma solução alcalina de água e hidróxido de sódio e/ou hidróxido de potássio até se obter uma homogeneização que permita a moldagem ou extrusão e posterior corte de peças (artefatos) as quais serão secas em estufa a uma temperatura média de 80<198>c e polimerizadas em forno aquecido a temperaturas entre 100<198>c e 500<198>c, de modo a se obter as características mecânicas desejáveis.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO

COMPÓSITOS DE ALUMINOSILICATOS NATURAIS E AGREGADOS SINTETIZADOS EM MEIO ALCALINO E SEU PROCESSO DE FABRICAÇÃO.

[001] A presente invenção refere-se a compósitos de aluminossilicato que são obtidos através de um processo de fabricação onde será possível a confecção e a obtenção de artefatos que podem ser moldados ou extrusados, sendo, que no decorrer do processo de fabricação poder-se-á agregar determinadas matérias primas e com isso obter, de acordo com cada agregado, um produto capaz de substituir a tradicional cerâmica, os préfabricados a base de cimento Portland, madeira, plásticos, placas aglomeradas, alumínio e fibrocimento.

[002] Durante o processo de fabricação o produto, poderá ser obtido através da compressão ou extrusão de aluminossilicato e agregados em meio aquoso altamente alcalino (sódico ou potássico) e adição de calor, de forma a se obter uma reação às temperaturas bem abaixo do ponto de fusão da massa do argila-mineral, de maneira que este processo permitirá a obtenção de produtos utilizados na fabricação de: telhas, painéis cerâmicos e de fibrocimento, formas, perfis, pisos, revestimentos, azulejos, ladrilhos, bloco, lajes e lajotas pré-moldadas, tijolos e tubos cerâmicos ou de concreto, além de forros de gesso ou madeira, divisórias e similares.

[003] A crescente necessidade de preservação do meio ambiente e a preocupação da maioria dos países no sentido da preservação e da proteção ecológica tem levado ao desenvolvimento de inúmeros processos tecnológicos que visam propiciar um desenvolvimento sustentável com menores níveis de degradação ambiental, por seu turno as indústrias cimenteiras e cerâmicas convivem com técnicas e processos que, não obstante seus esforços no sentido de inovar e melhorar seus

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2/27 procedimentos, ficam aquém de satisfazer aos anseios dessa nova sociedade com vistas à diminuição do impacto ecológico causado pela grande quantidade de poluição energética na produção e com os altos teores de emissão de CO2 inerentes à mesma.

[004] Desde os tempos remotos que o homem conhece as técnicas de fabricação de produtos cerâmicos cujo princípio, se baseia na sinterização, por fusão, dos componentes com a mistura argilo-mineral. Se por um lado a matéria prima é abundante, por outro, o processo de queima é oneroso, pois, implica no controle estrito da umidade com o propósito de evitar retrações, empenas e trincas nos produtos ou mesmo sua queima, ocasionada por altas temperaturas, que normalmente variam entre 800 e 1400 graus Celsius, na fabricação de produtos cerâmicos.

[005] No caso do cimento tipo Portland, não obstante seu uso seja amplamente difundido, o princípio se baseia em complexas reações químicas ocorridas pelas ligações do cálcio, ainda hoje estudadas, sendo caracterizadas por misturas com teores de umidade mais altos e tempos de cura prolongados.

[006] Estudos alternativos ao cimento Portland foram preliminarmente desenvolvidos por Glukhovsky na Ucrânia, em meados da década de 50, com razoável aplicação prática em processos de cimentos com o uso de aluminossilicato combinados ao silicato de cálcio em meio alcalino, sendo retomados e consolidados pelo cientista francês Joseph Davidovits que, juntamente com seus colaboradores, produziu inúmeras publicações e patentes (pat. EUA n° 5342595 / 5349118 / 5352427 / 5539140 / 5925449) sobre um novo material, com um vasto potencial de uso e aplicações que sob determinadas condições e proporções é sintetizado, o qual chamou de Geopolímero, um versátil adesivo inorgânico baseado nas reações de polimerização de aluminossilicato ativados e sílica, em meio altamente alcalino e temperaturas próximas à ambiente. Especificamente, como

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3/27 exemplo clássico da reação do polímero, usou-se a metacaulinita, {2{AL2O2Sl205}n + 4 H2O} obtida à partir da ativação térmica da caulinita{2[AL2Sl2O5(OH)4}} em forno a 700° por aproximadamente 2 horas, como meio de se proceder a conversão do alumínio com coordenação octaédrica (caulinita) em tetraédrica(metacaulinita) tornando-o, assim, reativo.

[007] Contribuições importantes foram dadas à compreensão do processo polimérico por Comrie, Balaguru, Gauckler, Zhang e outros, com inúmeras patentes propostas, utilizando-se do mesmo princípio e particularizando-se as técnicas e processos, como o uso da sílica ativa, silicatos, metasilicatos, óxidos, etc.

[008] No estado da técnica, os artefatos conhecidos são limitados ao uso da cerâmica tradicional, do cimento Portland e do Geopolímero.

[009] No caso das cerâmicas, os inconvenientes que se destacam são os altos custos econômicos e ambientais necessários para a fabricação do produto, haja vista que a mesma necessita alcançar altas temperaturas além da impossibilidade de se confeccionar peças de maiores dimensões devido à sua grande retração.

[010] Em relação aos produtos fabricados à base de cimento Portland, além do alto custo econômico e ambiental do seu processo produtivo igualmente ao da cerâmica, tem-se também o inconveniente da impossibilidade de extrusão , dos altos índices de retração e da necessidade de longos períodos de cura, já que os produtos obtidos à base de cimento portland possuem baixa resistência inicial e índices de isolamento térmico insatisfatórios do ponto de vista das normas técnicas existentes até este momento.

[011] Por fim, na técnica para obtenção de artefatos conhecida como geopolímeros, também em domínio público, é possível destacar que a limitação do processo do geopolímero está na necessidade, e por conseguinte

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4/27 no alto custo, de se adequar a matéria prima, uma vez que as ocorrências naturais de aluminossilicato, tipicamente se apresentam em uma vasta gama de tamanhos de partículas, composição de micro elementos, proporção Sl/AL (silício/alumínio), superfície específica e reatividade química, inviabilizando seu uso in natura e condicionando o sucesso da reação polimérica às alterações físico-químicas induzidas aos reagentes, como: ativação térmica, silicatos de elevado grau de pureza, uso de sílica ativa, aumento da superfície especifica, óxidos e outros. Com intuito de solucionar tais inconvenientes e obter produtos que não contenham as mesmas limitações dos produtos existentes, foi que se desenvolveu o presente Processo de fabricação que resulta em produtos novos que satisfaçam às especificações das normas vigentes e do mercado consumidor.

[012] O Processo de fabricação desenvolvido trata-se de um processo reativo direto o qualdispensa qualquer tipo de pré-ativação química ou térmica dos componentes da reação de polimerização inorgânica,· que será utilizado para a obtenção dos compósitos de aluminossilicato naturais com agregados sintetizados em meio alcalino para a fabricação dos artefatos cujas etapas de se inicia pela escavação da jazida para a obtenção da Argila (aluminossilicato) que será utilizada para a fabricação dos artefatos, efetuando assim o destorramento e o peneiramento da argila de forma a deixála com uma granulação homogênea, e para esse fim o melhor rendimento obtido é em peneira # 50. Logo após efetua-se a seleção do agregado que será utilizado para a fabricação do compósito podendo ser tanto agregados naturais como por exemplo a Sílica, o Pó calcário, a Cal hidratada, a Vermiculita e outros, quanto agregados sintéticos de borrachas e fibras de polipropileno entre outros.

[013] Os agregados naturais que absorvem muito bem a água poderão ser misturados diretamente com a argila, até que se obtenha uma homogeneização de toda esta matéria prima com o acréscimo de um

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5/27 catalisador alcalino em solução aquosa composta por H2O + NaOH e/ou KOH, efetuando-se uma nova mistura de forma a obter uma nova homogeneização, sendo essa dita mistura levada à extrusão e/ou modelagem dos artefatos, de forma que as peças (artefatos) serão obtidas por corte, quando o compósito for extrusado, ou por modelagem quando o compósito for obtido por conformação, sendo essas ditas peças direcionados num primeiro momento para a estufa de secagem a uma temperatura entre 80°C e 100°C e num segundo momento para a polimerização que veremos mais adiante.

[014] Já os agregados sintéticos, tais como Borrachas, Fibras de polipropileno e outros, poderão ser misturados preliminarmente com o catalisador alcalino em solução aquosa composta por H2O + NaOH e/ou KOH para alcançarem uma melhor homogeneização, já que estes têm uma maior hidrofobicidade, ou seja, são de difícil absorção líquida, diferente dos agregados naturais, assim, necessitam de um maior tempo em contato para a melhor homogeneização destes ditos agregados sintéticos para a posterior mistura com a Argila (aluminossilicato) até se obter a massa do compósito que será levada à extrusão e/ou modelagem dos artefatos.

[015] A polimerização dos artefatos obtidos através dos compósitos será, em determinados casos e dependendo também do tipo de agregado utilizado, na própria estufa, através da simples elevação da temperatura de secagem até uma temperatura em torno de 100°C, no entanto, para certos tipos de artefatos que serão obtidos por determinados agregados que serão exemplificados mais adiante, haverá a necessidade de se efetuar a dita polimerização em forno, de forma que após a secagem dos artefatos na estufa, estes passarão ao forno a uma temperatura de até 500°C, sendo que após a polimerização seja no forno ou na estufa os artefatos são retirados para o resfriamento natural, para que os mesmos adquiram a temperatura ambiente de forma gradual concluindo o processo de polimerização, partindo assim para o período de cura e estocagem para posterior comercialização.

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6/27 [016] Do mesmo modo a polimerização dos artefatos, objeto da presente reivindicação, será efetuada após a completa homogeneização da massa resultante da mistura descrita acima e dá à moldagem ou extrusão, passando ao corte ou à conformação para posterior adição de calor cuja intensidade e tempo de exposição deve ser específica aos agregados da matriz, podendo variar de 80 graus Celsius a até 500 graus Celsius, de modo que se forem utilizadas temperaturas de secagem abaixo deste intervalo não se conseguirá promover a completa polimerização do compósito, enquanto que para temperaturas de secagem acima do intervalo descrito, não obstante a ocorrência do aumento dos custos, verifica-se também um decréscimo nas características mecânicas desejáveis ao artefato fabricado.

[017] Desta forma e com a utilização de aluminossilicato naturais e agregados sem a pré-ativação para alcançar a reação, foi possível criar um processo de fabricação de artefatos em sentido non-stop, ou seja, de produção contínua nas etapas de moldagem ou extrusão e cura da massa mediante compressão/conformação e imediata adição de calor como forma de se catalisar a reação que ocorre já na mistura, dada a adição do catalizador (solução aquosa ao aluminossilicatos e seus agregados), dispensando assim as condições específicas de pré-tratamento/ativação dos reagentes básicos, conseguida geralmente em procedimentos de laboratório o que inviabiliza sua utilização prática em função dos seus altos custos.

[018] Neste processo pode-se incluir ainda uma técnica de pós-cura por imersão, em água, do produto queimado entre 200 e 500 graus Celsius, após o resfriamento à temperatura ambiente, como forma de potencializar as características mecânicas desejáveis do processo polimérico.

[019] Os produtos prontos e acabados que são fabricados através dos processos descritos acima se diferenciam substancialmente dos produtos cerâmicos e dos derivados de cimento

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Portland, pois, alcançam melhores características estéticas e mecânicas em menor tempo, utilizando-se de uma reação às temperaturas, que irão variar de acordo com o agregado misturado à Argila, entre 80°c e 500°c, ao contrário da sinterização alcançada na fusão ocorrida na cerâmica à altas temperaturas e do grande tempo de cura necessário aos derivados de cimento.

[020] A presente invenção foi alcançada através da mistura de determinados aluminossilicato in-natura, com caracterização mineralógica predominante de caulinita (caracterizados na análise quantitativa por espectrometria fluorescência de raios-X) com teores de Al2O3 entre 25% e 40% e SiO2 entre 40% e 60%, perda ao fogo entre 8 % e 15%, assim, com um teor de material amorfo mínimo de 0,5% e possuindo ainda, um baixo índice de cristalinidade) usados como matriz polimérica do compósito quando adicionados agregados diversos, combinados ou não, aos quais proporcionam à peça os menores índices de retração e empenamento na secagem, menor valor de absorção de água e incremento da resistência à compressão e abrasão. Tipicamente, estes agregados são a areia, o calcário e a cal. Conforme a caracterizaçãomecânica e estética específica demandada, poderão ser acrescidas partículas e/ou fibras naturais ou sintéticas, vermiculita, borrachas e corantes. À esta mistura seca adiciona-se uma solução alcalina composta de água e NaOH e/ou KOH (proporções variáveis de acordo com os agregados e destinação). Pode-se eventualmente substituir o NaOH ou o KOH por outros agentes alcalinizantes que possuam o sódio ou o potássio, tais como o silicato de sódio, metasilicato de sódio ou carbonato de sódio, etc.

[021] Finalmente, promovida a polimerização, é possível efetuar a qualificação do compósito obtido à aplicação, que poderá abranger uma infinidade de usos específicos ou em substituição vantajosa aos tradicionais, tanto pela qualidade intrínseca do material quanto pela versatilidade na industrialização, ressaltando-se principalmente o aspecto ecológico do

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8/27 produto que poderá se valer do aproveitamento de matérias primas como agregados - para se misturar à argila (aluminossilicato) - que normalmente são descartados no meio ambiente como exemplo as borrachas de pneus os plásticos, polipropilenos, entre outros.

[022] Portanto, conclui-se que a partir de diferentes materiais e proporções dos agregados à matriz se obtém compósitos com caracterização e usos absolutamente diversos, os quais serão especificados a seguir, tomando-se por base desde a formulação mais simples até a mais elaborada e cujas composições de misturas, de temperaturas, de razão agregados, mistura de catalisador (solução aquosa), mistura e homogeneização e conformação, serão abaixo descritas sem a pretensão de que os exemplos expostos esgotem as possibilitadas de misturas da argila (aluminossilicato) e agregados na fabricação de artefatos, utilizando os processos descritos e tampouco que as formulações/proporções, a seguir exemplificadas, sejam fatores limitantes na caracterização da invenção, onde:

[023] - Exemplo 1: Compósito cerâmico, que tem a caracterização física semelhante à das cerâmicas vermelhas tradicionais.

Matriz polimérica: Aluminossilicato seco e finamente moído, passando em peneira #50.

Agregados: Areia lavada e pó calcário, secos e finamente moídos.

Razão matriz/agregados em peso: 1/1 com desvio de 15%

Razão entre agregados em peso: 1/1 com desvio de 50%

Catalisador: preferencialmente hidróxidos de sódio ou potássio em escamas (comercial).

Razão catalisador/mistura seca em peso: entre 1,5% e 12% na dependência do incremento da cristalinidade que ser quer dar ao compósito. A aplicação do

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9/27 catalisador deve ser feita com a completa diluição do mesmo na água da reação. Razão água/mistura seca em peso: entre 10% e 20% preferencialmente 14% (observa-se que valores abaixo deste intervalo não conseguem umedecer completamente a mistura e por consequência a reação fica incompleta, ao passo que para quantidades de água acima deste intervalo, os índices de cristalinidade do compósito tendem a cair).

Mistura e homogeneização: a partir da mistura seca deve-se acrescentar, lentamente e em dispositivo adequado para homogeneização (agitadores com pás de baixa rotação ou tipo rosca sem fim), o catalisador já previamente diluído em água já acrescida de corantes (se for o caso), procedendo-se assim até que a massa resultante esteja completamente hidratada e sem grumos, apresentando ainda uma relativa plasticidade.

Conformação/modelagem: A massa resultante do processo de homogeneização poderá ser utilizada em mecanismos de extrusão ou encaminhada para processo de moldagem por compressão.

Secagem: É feita, preferencialmente em estufa, a 80 graus Celsius por um período mínimo de 2 horas, podendo este tempo ser aumentado para até 6 horas quando em peças de maior densidade.

Polimerização: Esta etapa compreende os processos de elevação da temperatura após a secagem em estufa para um forno a até 500 graus Celsius ficando neste patamar por um período em torno de 1 hora.

Cura: A retirada do compósito do forno se dará de maneira que o resfriamento seja gradual apresentando, o mesmo, excelentes características mecânicas que serão potencializadas em até 50% com um processo de cura por imersão em água por 5 dias e que se estende por até 20 dias a seco.

Absorção de água do produto final: De 10% a 12%, comparável aos produtos da cerâmica tradicional (sinterizada). Em alguns traços e composições

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10/27 de agregados foram observadas eflorescências, possivelmente em função de reação incompleta.

Isolamento térmico/Acústico: Excelentes, comparáveis aos índices da cerâmica tradicional.

Peso específico: Em torno de 2000 kg por metro cúbico.

Usos: telhas, blocos, tijolos, bloquetes, revestimentos e pré-moldados de concreto.

[024] - Exemplo 2: Compósito cerâmico com cal: que tem a caracterização física semelhante à das cerâmicas semi-grês tradicionais.

Matriz polimérica: Aluminossilicato seco e finamente moído, passando em peneira# 50.

Agregados: Areia lavada, pó calcário e cal hidratada, secos. Razão matriz/agregados em peso: 1/1 com desvio de 15%.

Razão entre agregados em peso: 2/1 (areia e/ou pó calcário) /cal hidratada com desvio de 35%.

Razão catalisador/mistura seca em peso: entre 1,5% e 12% na dependência do incremento da cristalinidade que ser quer dar ao compósito. A aplicação do catalisador deve ser feita com a completa diluição do mesmo na água da reação.

Razão água/mistura seca em peso: entre 10% e 20% - preferencialmente 14% (observa-se que valores abaixo deste intervalo não conseguem umedecer completamente a mistura e por consequência a reação fica incompleta, ao passo que para quantidades de água acima deste intervalo os índices de cristalinidade do compósito tendem a cair).

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Cura: A retirada do compósito do forno se dará de maneira que o resfriamento seja gradual apresentando, o mesmo, excelentes características mecânicas que serão potencializadas em até 50% e que se estende por até 20 dias a seco. Absorção de água do produto final: De 5% a 8%, comparável aos produtos da cerâmica semi-grés tradicional (sinterizada).

Peso específico: Em torno de 2000 kg por metro cúbico.

Uso: Caracterização físico/mecânica do compósito conforme o uso em:

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- Telhas - carga de ruptura à flexão, impermeabilidade, absorção de água, retração, empeno e torção: adequadas conforme as Normas técnicas brasileiras NBR 13582, NBR 8947, NBR 8948, NBR 6462 e NBR 9602.

- Blocos: Retração, desvio em relação a esquadro e planeza das faces, absorção de água e resistência à compressão: adequadas conforme NBR 7171, NBR 8947 e NBR6461.

Substituição de Pré-moldados de concreto.

- Placas para revestimentos: índices de desvios dimensionais, absorção de água, resistência a impactos, resistência à abrasão, gretamento, e dilatação térmica: adequadas conforme NBR 13816, NBR 13817 e NBR 13818.

Aparência do produto acabado: Conforme a utilização e a necessidade de se promover um acabamento diferenciado da superfície do corpo do objeto moldado/extrusado podem ser aplicadas à mesma: tintas em pó à base de poliéster, à base de epóxi ou híbridas poliéster-epóxi assim como resinas à base de PVA, resinas acrílicas ou poliuretânicas e até mesmo filme de PET reciclado.

[025] - Exemplo 3: Compósito cerâmico com cal e fibras, este compósito mesmo resguardando as características desejáveis de cerâmicas semi-grés, incorpora algumas qualidades inerentes às madeiras e seus derivados, tais como resistência à tração e a possibilidade do corpo do compósito ser serrado com facilidade, ser furado com pregos, ser aparafusado ou mesmo rebitados, etc. Matriz polimérica: Aluminossilicato seco e finamente moído, passando em peneira# 50.

Agregados: Areia lavada, pó calcário e cal hidratada, secos, fibras de polipropileno.

Razão matriz/agregados em peso: 1/1 com desvio de 15%.

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Razão entre agregados em peso: 2/1(areia e/ou pó calcário)/cal hidratada com desvio de 35%, acrescido de ate 8% sobre o peso total da mistura seca de fibras de polipropileno.

Razão catalisador/mistura seca em peso: entre 3% e i2% na dependência do incremento da cristalinidade que ser quer dar ao compósito. A aplicação do catalisador deve ser feita com a completa diluição do mesmo na água da reação. Razão água/mistura seca em peso: entre 20% e 30% e preferencialmente 25% (observa-se que valores abaixo deste intervalo não conseguem umedecer completamente a mistura e por conseqüência a reação fica incompleta, ao passo que para quantidades de água acima deste intervalo, os índices de cristalinidade do compósito tendem a cair).

Mistura e homogeneização: a partir da mistura seca deve-se acrescentar, lentamente e em dispositivo adequado para homogeneização (agitadores com pás de baixa rotação ou tipo rosca sem fim), o catalisador já previamente diluído em água acrescida de corantes (se for o caso), procedendo-se assim até que a massa resultante esteja completamente hidratada e sem grumos, apresentando ainda uma relativa plasticidade.\

Conformação/modelagem: A massa resultante do processo de homogeneização poderá ser utilizada em mecanismos de extrusão ou encaminhada para processo de moldagem por compressão e ainda para mecanismos de conformação. Secagem: É feita, preferencialmente, em estufa a 80 graus Celsius por um período mínimo de 2 horas, podendo este tempo ser aumentado para até 6 horas quando em peças de maior densidade.

Polimerização: Esta etapa compreende os processos de elevação da temperatura após a secagem em estufa de 80 graus Celsius para 100 graus Celsius ficando neste patamar por um período em torno de 2 horas.

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Cura: A retirada do compósito da estufa se dará de maneira que o resfriamento seja gradual apresentando, o mesmo, excelentes características mecânicas que serão potencializadas em até 50% e se estende por até 20 dias a seco.

Absorção de água do produto final: De 5% a 8%, comparável aos produtos da cerâmica semi-grês tradicional (sinterizada).

Peso específico: Em torno de 1700 kg por metro cúbico.

Usos: Devido às características inerentes ao compósito cerâmico com cal e fibras, sua versatilidade nas aplicações em substituição ao uso de madeiras e derivados, fibrocimentos, pré-moldados de concreto, assim como a plásticos, gessos, gessos acartonados e em alguns casos até mesmo a chapas e perfis metálicos.

Reforço superficial: Opcionalmente, em alguns casos específicos, com vista a aumentar substancialmente a resistência à flexão e/ou torção do produto acabado pode-se fazer a disposição de tramas de fibras sintéticas ou naturais tais como, PP (polipropileno), algodão, papel, papelão, Poliéster, sisal, Nylon, acartonados etc, coladas sobre o corpo do compósito em quantidades e posicionamentos diversos.

Aparência do produto acabado: Conforme a utilização e a necessidade de se promover um acabamento diferenciado da superfície do corpo do objeto moldado/extrusado podem ser aplicadas à mesma: tintas em pó à base de poliéster, à base de epóxi ou híbridas poliéster-epóxi assim como resinas à base de PVA, resinas acrílicas ou poliuretanas e até mesmo filme de PET reciclado.

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15/27 [026] - Exemplo 4: Compósito borracha, este composite apesar da alta susceptibilidade à água possui baixo peso específico, podendo substituir o gesso em peças pré-moldadas.

Agregados: borracha proveniente de pneus usados de automóvel finamente moída passando em peneira #20 a até #40.

Razão matriz/agregado em peso: 7/3 com desvio de 20%

Catalisador: preferencialmente hidróxidos de sódio (70%) ou potássio em escamas (comercial).

Razão catalisador/mistura seca em peso: entre 3% e 15% na dependência do incremento da cristalinidade que ser quer dar ao compósito. A aplicação do catalisador deverá ser feita com a completa diluição do mesmo na água da reação.

Razão água/mistura seca em peso: entre 20% e 30% - preferencialmente 25% (observa-se que valores abaixo deste intervalo não conseguem umedecer completamente a mistura e por consequência a reação fica incompleta, ao passo que para quantidades de água acima deste intervalo, os índices de cristalinidade do compósito tendem a cair).

Mistura e homogeneização: A partir do agregado (borracha em pó) somente deve-se acrescentar, lentamente e em dispositivo adequado para homogeneização (agitadores com pás de baixa rotação ou tipo rosca sem fim), o catalisador já previamente diluído em água, para que todo o volume de borracha esteja completamente umedecido quando, então, será acrescentado o aluminossilicato (matriz) acrescido de corantes (se for o caso), procedendo-se assim até que a massa resultante esteja

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16/27 completamente hidratada e sem grumos, apresentando ainda uma relativa plasticidade.

Secagem: É feita, preferencialmente, em estufa a 80 graus Celsius por um período mínimo de 2 horas, podendo este tempo ser aumentado para até 6 horas quando em peças de maior densidade.

Polimerização: Esta etapa compreende os processos de elevação da temperatura após a secagem em estufa de 80 graus Celsius para 180 graus Celsius ficando neste patamar por um período em torno de 2 horas.

Cura: A retirada do compósito da estufa se dará de maneira que o resfriamento seja gradual apresentando, o mesmo, características mecânicas regulares que serão potencializadas em até 30% e se estende por até 20 dias a seco.

Absorção de água do produto final: De 15% a 20%.

Isolamento térmico/Acústico: Melhores índices de isolamento térmico/acústico do que plásticos e madeiras, mas, inferiores aos do compósito cerâmico, uma vez que a partir de 220 graus Celsius começa a haver degradação lenta do compósito.

Peso específico: Em torno de 1200 kg por metro cúbico.

Usos: Devido às características inerentes ao compósito, sua aplicabilidade é restrita aos casos em que não são necessários bons índices de resistência a esforços e ao contato com água.

Reforço superficial: Opcionalmente em alguns casos específicos, com vista a aumentar substancialmente a resistência à flexão e/ou torção do produto acabado pode-se fazer a disposição de tramas de fibras sintéticas ou naturais

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17/27 tais como, PP {polipropileno), algodão, papel, papelão, Poliéster, sisai, Nylon, acartonados etc, coladas sobre o corpo do compósito em quantidades e posicionamentos diversos.

Aparência do produto acabado: Conforme a utilização e a necessidade de se promover um acabamento diferenciado da superfície do corpo do objeto moldado/extrusado podem ser aplicadas ao mesmoresinas à base de PVA, resinas acrílicas ou poliuretânicas.

[027] - Exemplo 5: Compósito borracha com cal, este compósito tem a característica de apresentar grande tolerância à água, baixo peso específico, resistência à tração superior ao concreto e, além disso, incorpora também algumas · qualidades inerentes às madeiras e seus derivados, tais como resistência à tração e a possibilidade do corpo do compósito ser serrado com facilidade, ser furado com pregos, ser aparafusado, rebitado etc. Matriz polimérica: Aluminossilicato seco e finamente moído, passando em peneira #50.

Agregados: borracha proveniente de pneus usados de automóvel finamente moída passando em peneira #20 a até #40 e cal hidratada.

Razão matriz/agregado em peso: 1/1 com desvio de 15%

Razão entre agregados em peso: 2/1 (borracha/ cal hidratada) com desvio de 30%.

Razão catalisador/mistura seca em peso: entre 3% e 15% na dependência do incremento da cristalinidade que se quer dar ao compósito. A aplicação do catalisador deve ser feita com a completa diluição do mesmo na água da reação. Razão água/mistura seca em peso: entre 20% e 3ô%

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18/27 preferencialmente 25% (observa-se que valores abaixo deste intervalo não conseguem umedecer completamente a mistura e por consequência a reação fica incompleta, ao passo que para quantidades de água acima deste intervalo, os índices de cristalinidade do compósito tendem a cair).

Mistura e homogeneização: A partir da borracha em pó somente, devese acrescentar, lentamente e em dispositivo adequado para homogeneização (agitadores com pás de baixa rotação ou tipo rosca sem fim), o catalisador já previamente diluído em água, para que todo o volume de borracha esteja completamente umedecido quando, então, será acrescentada a cal e em seguida o aluminossilicato (matriz) acrescido de corantes (se for o caso), procedendo-se assim até que a massa resultante esteja completamente hidratada e sem grumos, apresentando ainda uma relativa plasticidade.

Conformação/modelagem: A massa resultante do processo de homogeneização poderá ser utilizada em mecanismos de extrusão ou encaminhada para processo de moldagem por compressão e ainda para mecanismos de conformação. Secagem: É feita, preferencialmente, em estufa a 80 graus Celsius por um período mínimo de 2 horas, podendo este tempo ser aumentado para até 6 horas quando em peças de maior densidade. Polimerização: Esta etapa compreende os processos de elevação da

Temperatura após a secagem em estufa de 80 graus Celsius para 180 graus Celsius ficando neste patamar por um período em torno de 2 horas.

Cura: A retirada do compósito da estufa se dará de maneira que o resfriamento seja gradual, apresentando, o mesmo, excelentes características mecânicas que serão potencializadas em até 50% e se estende por até 20 dias a seco.

Absorção de água do produto final: De 12% a 15%.

Isolamento térmico/Acústico: Melhores índices de isolamento térmico/acústico que plásticos e madeiras, mas inferiores aos do compósito

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19/27 cerâmico, uma vez que a partir de 220 graus Celsius começa a haver degradação lenta do compósito.

Peso específico: Em torno de 1350 kg por metro cúbico.

Usos: Devido às características inerentes ao compósito com a incorporação de termoplásticos sua versatilidade nas aplicações em substituição ao uso de madeiras e derivados, assim como a plásticos, fibrocimento, pré-moldados de concreto, gessos, gessos acartonados, e em alguns casos até mesmo a chapas e perfis metálicos.

Reforço superficial: Opcionalmente em alguns casos específicos, com vista a aumentar substancialmente a resistência à flexão e/ou torção do produto acabado pode-se fazer a disposição de tramas de fibras sintéticas ou naturais tais como, PP (polipropileno), algodão, papel, papelão, Poliéster, sisal, Nylon, acartonados etc, coladas sobre o corpo do compósito em quantidades e posicionamentos diversos.

Aparência do produto acabado: Conforme a utilização e a necessidade de se promover um acabamento diferenciado da superfície do corpo do objeto moldado/extrusado podem ser aplicados à mesma tintas em pó à base de poliéster, à base de epóxi ou híbridas poliéster-epóxi assim como resinas à base de PVA, resinas acrílicas ou poliuretânicas e até mesmo filme de PET reciclado.

[028] - Exemplo 6: Compósito de borracha com cal e fibras, dos compósitos citados até o momento e que podem ser fabricados através dos processos e misturas descritas, este de Borracha com cal e fibras é o que incorpora o maior leque de possibilidades de uso, tanto na substituição de madeiras e derivados, quanto - pelas suas características mecânicas - na substituição de plásticos e resinados, fibrocimentos, pré-moldados de concreto, assim como alguns tipos de metais, oferecendo grande maleabilidade nas aplicações.

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Agregados: borracha proveniente de pneus usados de automóvel finamente moída passando em peneira #20 a até #40, cal hidratada e fibras de polipropileno.

Razão matriz/agregado em peso: 1/1 com desvio de 15%

Razão entre agregados em peso: 2/1 com desvio de 30%(entre borracha e cal hidratada) e até 8% de fibras de polipropileno .

Razão catalisador/mistura seca em peso: entre 3% e 15% na dependência do incremento da cristalinidade que ser quer dar ao compósito. A aplicação do catalisador deve ser feita com a completa diluição do mesmo na água da reação. Razão água/mistura seca em peso: entre 20% e 30% e preferencialmente 25% (observa-se que valores abaixo deste intervalo não conseguem umedecer completamente a mistura e por consequência a reação fica incompleta, ao passo que para quantidades de água acima deste intervalo, os índices de cristalinidade do compósito tendem a cair).

Mistura e homogeneização: A partir da borracha em pó somente, devese acrescentar, lentamente em dispositivo adequado de homogeneização (agitadores com pás de baixa rotação ou tipo rosca sem fim) o catalisador já previamente diluído em água, para que todo o volume de borracha esteja completamente umedecido quando, então, será acrescentada a cal e em seguida o aluminossilicato(matriz) acrescido de corantes (se for o caso), procedendo-se assim até que a massa resultante esteja completamente hidratada e sem grumos, apresentando ainda uma relativa plasticidade.

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Cura: A retirada do compósito da estufa se dará de maneira que o resfriamento seja gradual, apresentando as mesmas excelentes características mecânicas que serão potencializadas em até 50% e se estende por até 20 dias a seco. Absorção de água do produto final: De 6% a 10%.

Isolamento térmico/Acústico: Melhores índices de isolamento termo/acústico que plásticos e madeiras, mas inferiores aos do compósito cerâmico, uma vez que a partir de 130 graus Celsius a fibra começa a derreter e a 220 graus Celsius começa a haver degradação lenta da borracha.

Peso específico: Em torno de 1350 kg por metro cúbico.

Usos: Devido às características inerentes ao compósito com a incorporação de termoplásticos e fibras, sua versatilidade nas aplicações em substituição ao uso de madeiras e derivados, assim como a plásticos, fibrocimentos, prémoldados de concreto, gessos, gessos acartonados e em alguns casos até mesmo a chapas e perfis metálicos.

Reforço superficial: Opcionalmente, em alguns casos específicos, com vista a aumentar substancialmente a resistência à flexão e/ou torção do produto acabado pode-se fazer a disposição de tramas de fibras sintéticas ou naturais tais como, PP (polipropileno), algodão, papel, papelão, Poliéster, sisal, Nylon,

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22/27 acartonados etc, coladas sobre o corpo do composite em quantidades e posicionamentos diversos.

Aparência do produto acabado: Conforme a utilização e a necessidade de se promover um acabamento diferenciado da superfície do corpo do objeto moldado/extrusado podem ser aplicados à mesma tintas em pó à base de poliéster, à base de epóxi ou híbridas poliéster-epóxi assim como resinas à base de PVA, resinas acrílicas ou poliuretânicas, e até mesmo filme de PET reciclado.

[029] - Exemplo 7: Compósito vermiculita, tais compósitos se caracterizam pela estreita relação entre a quantidade de água utilizada na reação e a resistência I peso específico alcançado.

Agregados: vermiculita expandida seca desagregada.

Relação matriz/agregado em peso: 60% a 85% matriz (aluminossilicato) e de 15% a 40% de vermiculita.

Razão caalisador/mistura seca em peso: entre 3% e 15% na dependência do incremento da cristalinidade que ser quer dar ao compósito. A aplicação do catalisador deve ser feita com a completa diluição do mesmo na água da reação. Razão água/mistura seca em peso: entre 30% e 75% (observa-se que valores neste intervalo promovem a reação, mas apresentam resultados de resistência e peso específicos inversamente proporcionais à quantidade de água utilizada, se adequando-a conforme a destinação que se quer dar ao produto.

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Mistura e homogeneização: a partir da mistura seca, deve-se acrescentar, lentamente e em dispositivo adequado para a homogeneização (agitadores com pás de baixa rotação ou tipo rosca sem fim), o catalisador já previamente diluído em água acrescida de corantes (se for o caso), procedendo-se assim até que a massa resultante esteja completamente hidratada e sem grumos, apresentando ainda uma relativa plasticidade.

Cura: A retirada do compósito do forno se dará de maneira que o resfriamento seja gradual. A resistência inicial é apenas regular, crescendo consideravelmente até os 20 dias posteriores à polimerização.

Absorção de água do produto final: Esta característica é intrínseca à quantidade de água da reação, variando conforme exemplos:

- 34% de água/mistura seca - absorção de 30%(apresenta bons índices de resistência à flexão e abrasão).

- 54% de água/mistura seca - absorção de 50%(apresenta índices regulares de resistência à flexão e abrasão).

- 75% de água/mistura seca - absorção de 63%(apresenta baixos índices de resistência à flexão e abrasão).

Petição 870180144441, de 25/10/2018, pág. 31/46

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Isolamento térmico/Acústico: Excelentes, muito melhores que os da cerâmica tradicional.

Peso específico: De 650 kg a 1300 kg por metro cúbico.

Usos: Devido às características inerentes ao compósito com vermiculita, seu uso se fará em substituição aos produtos usualmente utilizados onde é necessário o baixo peso específico e excelente isolamento termo acústico, tais como dutos para ar condicionado, placas, blocos, canaletas, perfis, prémoldados leves e revestimentos isolantes e de vedação.

[030] - Exemplo 8: Compósito de vermiculita calcário e cal, este compósito apresenta um melhoramento substancial nas características mecânicas com uso de outros agregados além da vermiculita, tais como areia, pó calcário e/ou cal hidratada.

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Agregados: vermiculita expandida seca desagregada, cal hidratada e areia e/ou pó calcário.

Relação matriz/agregados em peso: 60% a 85% matriz (aluminossilicato) e de 15% a 35% de vermiculita, 10% a 25% de cal hidratada e 0% a 15% de areia e/ou pó calcário.

Razão catalisador/mistura seca em peso: entre 3% e 15% na dependência do incremento da cristalinidade que ser quer dar ao compósito. A aplicação do catalisador deve ser feita com a completa diluição do mesmo na água da reação.

Razão água/mistura seca em peso: entre 30% e 75% (observa-se que valores neste intervalo promovem a reação, mas apresentam resultados de resistência e peso específicos inversamente proporcionais à quantidade de água utilizada, se adequando-a conforme a destinação que se quer dar ao produto)

Petição 870180144441, de 25/10/2018, pág. 33/46

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Absorção de água do produto final: Esta característica é intrínseca à quantidade da água de reação, variando conforme exemplos:

Peso específico: De 650 kg a 1300 kg por metro cúbico.

Usos: Devido às características inerentes ao compósito com vermiculita, seu uso seu fará em substituição aos produtos usualmente utilizados onde é necessário o baixo peso específico e excelente isolamento termo acústico, tais como dutos para ar condicionado, placas e revestimentos isolantes, blocos canaletas, perfis, pré-moldados leves e de vedação .

Petição 870180144441, de 25/10/2018, pág. 34/46

27/27 acartonados etc, coladas sobre o corpo do compósito em quantidades e posicionamentos diversos.

[031] Claro que na utilização dos processos descritos acima poderá haver outras variáveis de artefatos tanto os naturais quanto os sintéticos, dada a possibilidade de se efetuar mistura do Aluminossilicato (Argila) à agregados de várias espécies e que não foram aqui previstas, entretanto, para se conseguir qualquer artefato (compósito) dever-se-á efetuar as etapas e misturas descritas no presente relatório, bem como da adição do canalizador à base de solução aquosa, composta preferencialmente por hidróxidos de sódio (70%) ou potássio em escamas (comercial) além de submeter os artefatos ao processo de secagem e polimerização dentro das escalas de temperatura indicadas acima.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1) COMPÓSITOS DE ALUMINOSILICATOS NATURAIS E

AGREGADOS SINTETIZADOS EM MEIO ALCALINO em forma de Geopolímero caracterizado por compreender uma caulinita de baixa cristalinidade com teores de AI2O3 entre 28% e 40% e SiO2 entre 40% e 60% e material amorfo com teor 0,5% e traços insignificantes de óxidos alcalinos (K2O e Na2O) e adição de uma solução alcalina aquosa com uso de hidróxidos de sódio e/ou hidróxido de potássio ou substitutos à base de silicato de sódio, metasilicato de sódio ou carbonato de sódio.
2) COMPÓSITOS DE ALUMINOSILICATOS NATURAIS E

AGREGADOS SINTETIZADOS a ser utilizado na fabricação de artefatos de diversos tipos, tais como: telhas, blocos, tijolos, bloquetes, revestimentos, prémoldados e qualquer outro artefato que possa ser moldado ou extrusado e, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pela adição de areia lavada e/ou pó calcário secos, com uma razão em peso de um por um 1/1 com desvio máximo de 15% e com a razão entre peso (areia e pó calcário) de um por um 1/1 com desvio de 50%, acrescidos de catalisador alcalino em solução aquosa (H2O + NaHO e/ou KOH) e cuja razão catalisador/mistura seca em peso entre 1,5% e 12% com melhor eficiência reativa a 7%, e a razão de água/mistura seca em peso entre 10% e 20% com melhor eficiência em 14%.
3) COMPÓSITOS DE ALUMINOSSILICATOS NATURAIS E AGREGADOS SINTETIZADOS EM MEIO ALCALINO de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pela adição de cal hidratada com a razão entre os agregados em peso de dois por um 2/1 (areia e/ou pó calcário) / cal hidratada com desvio de 35%.
4) COMPÓSITOS DE ALUMINOSSILICATOS NATURAIS E AGREGADOS SINTETIZADOS EM MEIO ALCALINO de acordo à reivindicação 3 caracterizado por compreender a adição de fibras de polipropileno na proporção de até 8% (melhor eficiência à 3%) sobre o peso total da mistura seca, porém, com a adição do catalisador alcalino em solução aquosa

Petição 870190088426, de 06/09/2019, pág. 24/27

2/4 (H2O + NaHO e/ou KOH) na razão catalisador/mistura seca em peso entre 3% e 12% (melhor eficiência reativa a 7%) e a razão água/mistura seca em peso entre 20% e 30% com melhor rendimento em 25%.
5) COMPÓSITO$ DE ALUMINOSILICATOS NATURAIS E

AGREGADOS SINTETIZADOS EM MEIO ALCALINO de acordo com a reivindicação 1, 2 e 3 caracterizado pela adição de borracha com uma razão matriz/agregado em peso de sete terços 7/3 com desvio de 20%, acrescidos de catalisador alcalino em solução aquosa (H2O + NaHO e/ou KOH) e cuja razão catalisador/mistura seca em peso entre 3% e 15% com melhor eficiência reativa em 7%, sendo a razão água/mistura seca em peso entre 20% e 30% com melhor rendimento em 25%.
6) COMPÓSITOS DE ALUMINOSILICATOS NATURAIS E

AGREGADOS SINTETIZADOS EM MEIO de acordo à reivindicação 5 caracterizado pela adição de cal hidratada como agregado, na razão em peso entre agregados (borracha/cal hidratada) em dois por um 2/1 com desvio de 30% e uma razão matriz/agregados totais em peso de um por um 1/1 com desvio de 15%.
7) COMPÓSITOS DE ALUMINOSILICATOS NATURAIS E

AGREGADOS SINTETIZADOS EM MEIO ALCALINO de acordo à reivindicação 5 e 6 caracterizado pela adição de fibras de polipropileno na proporção de até 8% (melhor eficiência à 3%) sobre o peso total da mistura seca, com uma razão matriz/agregados em peso de um por um 1/1 com desvio de 15%.
8) COMPÓSITOS DE ALUMINOSILICATOS NATURAIS E

AGREGADOS SINTETIZADOS EM MEIO ALCALINO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pela adição de vermiculita expandida seca na proporção em peso total da mistura seca como 60% a 85% do Geopolímero e de 15% a 40% de vermiculita, acrescidos de catalisador alcalino em solução aquosa (H2O + NaHO e/ou KOH) cuja razão catalisador/mistura seca em peso entre 3% e 15% com melhor eficiência reativa em 7%, e, razão água/mistura seca em peso entre 30% e 75%.

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9) COMPÓSITOS DE ALUMINOSILICATOS NATURAIS E

AGREGADOS SINTETIZADOS EM MEIO ALCALINO de acordo a reivindicação 1 e 8 caracterizado pela adição de pó calcário e/ou areia e/ou cal hidratada mantendo-se uma proporção em peso de 60% a 85% do Geopolímero e, de 15% a 35% de vermiculita, 10% a 25% de cal hidratada e de até 15% de pó calcário e/ou areia.
10) COMPÓSITOS DE ALUMINOSILICATOS NATURAIS E AGREGADOS SINTETIZADOS EM MEIO ALCALINO de acordo às reivindicações de 8 e 9, os compósitos obtidos são também caracterizados pela adição de fibras de polipropileno na proporção de até 8% (melhor eficiência à 3%) sobre o peso total da mistura seca, mantendo-se uma proporção em peso de 60% a 85% do Geopolímero e de 15% a 35% de vermiculita, 10% a 25% de cal hidratada e de até 15% de pó calcário e/ou areia.
11) PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO GEOPOLÍMERO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pela obtenção de uma massa homogênea em condições de ser extrusada e/ou moldada e que permita o corte de peças (artefatos) que serão levadas à estufa de secagem a uma temperatura de 80°C num período de duas horas para a posterior polimerização em forno aquecido por uma hora a uma temperatura variável entre 100°C e 500°C.
12) PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO COMPÓSITO de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pela mistura homogênea posterior conformação e modelagem dos artefatos e secagem em estufa a 80°C por duas horas e com a polimerização em forno a até 500°C por um período de uma hora.
13) PROCESSO DE FABRICACAO DO COMPÓSITO de acordo à reivindicação 3 e 4 caracterizado pela polimerização na própria estufa com elevação da temperatura de 80°C para 100°C por um período de duas horas.
14) PROCESSO DE FABRICACAO DO COMPÓSITO de acordo à reivindicação 5 caracterizado pela mistura homogênea para posterior conformação e modelagem dos artefatos com secagem em estufa a 80°C por duas horas e com a polimerização na própria estufa elevando a temperatura de 80°C até 180°C por um período de duas horas.

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15) PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO COMPÓSITO de acordo as reivindicações 6 e 7 caracterizado pela mistura homogênea para posterior polimerização na própria estufa com a elevação da temperatura de 80°C até 100°C por um período de duas horas.
16) PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO COMPÓSITO de acordo a reivindicação 8 e 9 caracterizado pela mistura homogênea para posterior conformação e modelagem com secagem em estufa a 80°C por duas horas e com a polimerização em forno com temperatura de até 500°C por um período de uma hora.
17) PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO COMPÓSITO de acordo a reivindicação 10 caracterizado pela mistura homogênea para posterior polimerização na própria estufa com a elevação da temperatura de 80°C até 100°C por um período de duas horas.